DE19917048A1 - Superkritisches Kältekreislaufsystem - Google Patents
Superkritisches KältekreislaufsystemInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein CO¶2¶-Kreislaufsystem mit einem Verdichter (1) variabler Kapazität, der selbst dann gesteuert wird, wenn die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich ändert. Wenn die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität abnimmt, wird der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils (3) für eine vorbestimmte Zeit To fixiert. Wenn die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat, wird der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils (3) so gesteuert, daß die Kühlmitteltemperatur und der Druck auf der Auslaßseite eines Systemwärmetauschers (2) sich entlang einer optimalen Steuerlinie ändern. Da die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) in Übereinstimmung mit dem Ansaugdruck (Ps) gesteuert wird, d. h., dem Druck auf der Seite des Verdampfers (4), ohne durch die Steuerung auf Seiten des Expansionsventils (3) beeinflußt zu werden, kann infolge davon das CO¶2¶-Kreislaufsystem in angemessener Weise gesteuert werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältekreislaufsystem,
bei welchem der Druck eines Kühlmittels auf Seiten eines
Hochdruckwärmetauschers den kritischen Druck des Kühlmittels
übersteigt, und insbesondere ein Kältekreislaufsystem, welches
Kohlendioxid (CO2) als Kühlmittel enthält (nachfolgend als
CO2-Kreislaufsystem bezeichnet).
In einem CO2-Kreislaufsystem, wie es etwa in der japanischen
veröffentlichten Anmeldung Nr. Hei 3-503206 offenbart ist,
wird die Kühlfähigkeit über die Steuerung des Drucks auf
Seiten des Wärmetauscherauslasses gesteuert.
In diesem Zusammenhang hat die vorliegende Anmelderin in der
japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 8-11248 bereits ein
CO2-Kreislaufsystem bzw. ein superkritisches Kältekreislaufsystem
vorgeschlagen, bei welchem die Öffnung eines Ventils, das auf
Seiten des Wärmetauscherauslasses angeordnet ist, in
Übereinstimmung mit der dort herrschenden Kühlmitteltemperatur
eingestellt wird.
Insbesondere wenn die Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite
des Wärmetauschers steigt, wird die Ventilöffnung verringert,
um den Kühlmitteldruck auf Seiten des Wärmetauscherauslasses
zu erhöhen. Wenn die Kühlmitteltemperatur auf Seiten des
Wärmetauscherauslasses fällt, wird das Ventil so eingestellt,
daß der dort herrschende Kühlmitteldruck verringert wird.
Ein sogenannter Verdichter variablen Fassungsvermögens bzw.
variabler Kapazität weist bestimmte Beschränkungen auf, wenn
er in einem CO2-Kreislaufsystem innerhalb einer Fahr
zeug-Klimaanlage zur Anwendung gelangt.
Wenn nicht nur in CO2-Kreislaufsystemen sondern in einem
beliebigen Kältekreislaufsystem unter Verwendung eines
Verdichters variabler Kapazität die Motordrehzahl relativ hoch
ist und der Massendurchsatz des Kühlmittels, welches in dem
Kältekreislauf zirkuliert, groß ist, oder wenn die Temperatur
innerhalb der Fahrgastzelle stabil ist und die Kühlkapazität,
die für die Klimaanlage erforderlich ist, relativ klein ist,
wird die Kühlmittelförderkapazität des Verdichters verringert,
um zu verhindern, daß die Kühlmittelkapazität übermäßig wird.
Wenn ein Verdichter variabler Kapazität und ein Ventil, dessen
Öffnung in Übereinstimmung mit der Kühlmitteltemperatur auf
Seiten des Wärmetauscherauslasses gesteuert wird, wie in der
vorstehend angeführten Anmeldung (japanische Patentanmeldung
Nr. Hei 8-11248) erwähnt, kombiniert werden, wie etwa dann,
wenn die Kühlmittelförderkapazität auf Seiten des Verdichters
verringert wird, um zu verhindern, daß die Kühlkapazität
übermäßig groß wird, fällt der Kühlmitteldruck auf Seiten des
entsprechenden Wärmetauscherauslasses.
Um auf Seiten des Ventils den Kühlmitteldruck auf der
Auslaßseite des Wärmetauschers auf einen Druck (Kühlkapazität
bzw. Kühlfähigkeit) entsprechend der Kühlmitteltemperatur auf
der Auslaßseite des Wärmetauschers zu diesem Zeitpunkt
aufrechtzuerhalten, wird jedoch die Öffnung des Ventils
verringert, um den Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des
Wärmetauschers zu erhöhen.
Während die Kühlmittelförderkapazität des Verdichters auf
Seiten des Verdichters in Übereinstimmung mit der erfor
derlichen Kühlkapazität gesteuert wird, versucht mit anderen
Worten die Steuerung auf Seiten des Ventils die Kühlkapazität
entsprechend der Kühlmitteltemperatur auf Seiten des
Wärmetauscherauslasses aufrechtzuerhalten. Wenn diese zwei
Steuerformen kombiniert werden, kann deshalb der CO2-Kreislauf
nicht in angemessener Weise gesteuert werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin,
ein superkritisches Kältekreislaufsystem mit Verdichter
variabler Kapazität zu schaffen, das selbst dann in geeigneter
Weise gesteuert wird, wenn die Kühlmittelförderkapazität des
Verdichters variabler Kapazität sich ändert.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1
bzw. 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Mit anderen Worten schafft die Erfindung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ein superkritisches Kälte
kreislaufsystem mit einem Verdichter variabler Kapazität. Wenn
ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität des
Verdichters sich nicht geändert hat, wird die Öffnung des
Ventils, das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers zum Kühlen
des Kühlmittels angeordnet ist, das von dem Verdichter
gefördert wird, gesteuert. Das Ventil wird auf Grundlage eines
ersten voreingestellten Programms entsprechend der
Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers,
ermittelt durch einen Kühlmitteltemperaturdetektor, gesteuert.
Wenn ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität sich
geändert hat, wird die Öffnung des Ventils auf Grundlage eines
sich vom ersten Programm unterscheidenden zweiten Programms
gesteuert.
Wenn ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderfähigkeit sich
geändert hat, vermag eine Steuereinrichtung die Ventilöffnung
über das zweite Programm zu fixieren bzw. unveränderlich zu
machen. Bevorzugt wird die Öffnung in einer Einstellung
entsprechend derjenigen Einstellung fixiert, wenn das erste
Programm anfänglich unterbrochen war.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ähnlich zu der vorstehend erläuterten Aus
führungsform mit der Ausnahme, daß dann, wenn ermittelt wird,
daß die Kühlmittelförderkapazität sich geändert hat, das
zweite Programm die Ventilöffnung derart steuert, daß die
Öffnungsausmaßänderung kleiner ist als dann, wenn die Öffnung
auf Grundlage des ersten Programms gesteuert wird.
Wenn gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform
ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität sich
geändert hat, steuert das zweite Programm die Ventilöffnung
derart, daß der Druck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers
sich einem zweiten Zieldruck nähert, der niedriger ist als der
erste Zieldruck.
Wenn in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform ermittelt wird, daß die Kühlmittelförder
kapazität sich geändert hat, steuert das zweite Programm die
Ventilöffnung auf Grundlage der Öffnungseinstellung, wenn das
erste Programm unterbrochen war, solange wie der Wert, der
durch den Einlaßdruckänderungsdetektor ermittelt wird, über
einem vorbestimmten Wert bleibt oder durch Unterbrechen des
ersten Programms für eine vorbestimmte Zeit.
In sämtlichen vorstehend angeführten Ausführungsformen ist es
möglich, den Grad zu verringern, mit welchem der Verdichter
variabler Kapazität durch das Ventil bzw. die Ventilseite
beeinflußt wird, so daß es möglich ist, den superkritischen
Kältekreislauf exakt zu steuern.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei
spielhaft näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines CO2-Kreislaufsystems
gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Steuerflußdiagramm einer ECU in den ersten bis
dritten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 3 ein Mollier-Diagramm für CO2,
Fig. 4 ein Mollier-Diagramm des Betriebs eines CO2-Kreis
laufsystems,
Fig. 5 ein Mollier-Diagramm des Betriebs eines CO2-Kälte
kreislaufsystems, und
Fig. 6 ein Steuerflußdiagramm einer ECU in einer vierten
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Zunächst wird eine erste bevorzugte Ausführungsform erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines superkritischen
Kältekreislaufsystems gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, angewendet auf ein
Fahrzeug-CO2-Kreislaufsystem. Gemäß Fig. 1 empfängt ein
Verdichter 1 Kühlmittel (CO2) und verdichtet es. Der Verdichter
1 ist ein Verdichter variabler Kapazität bekannter Bauart, der
so konstruiert ist, daß seine Kühlmittelförderkapazität Qd in
Übereinstimmung mit einer beliebigen Verringerung seines
Ansaugdrucks Ps abnimmt. Die Kühlmittelförderkapazität Qd
bezieht sich hierbei auf die theoretische Kühlmittelmenge, die
aus dem Verdichter 1 immer dann ausgetragen wird, wenn eine
(nicht gezeigte) Welle des Verdichters 1 eine Umdrehung
ausführt.
In dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Verdichter 1
durch einen (nicht gezeigten) Fahrzeugmotor mittels eines
V-Riemens angetrieben.
Ein Wärmetauscher 2 kühlt Kühlmittel, welches von dem
Verdichter 1 gefördert wird, und der Innendruck dieses
Wärmetauschers 2 übersteigt den kritischen Druck für das
Kühlmittel.
Ein elektrisches Expansionsventil 3 verringert den Druck des
Kühlmittels und steuert den Kühlmitteldruck auf der
Auslaßseite des Wärmetauschers 2, indem seine Öffnung bzw.
Öffnungsweite auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur auf der
Auslaßseite des Wärmetauschers 2 gesteuert wird. Das
elektrische Expansionsventil 3 wird durch eine elektronische
Steuereinheit 9 elektrisch gesteuert, wie nachfolgend
erläutert.
Ein Verdampfer 4 kühlt Luft durch Verdampfen von Kühlmittel
flüssiger Phase ausgehend von zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Kühl
mittel, das aus dem Expansionsventil 3 strömt bzw. fließt.
Ein Sammelkasten 5 speichert überschüssiges Kühlmittel des CO2-Kreis
laufs und trennt das Kühlmittel, welches aus dem
Verdampfer 4 strömt, in Gasphasekühlmittel und Kühlmittel
flüssiger Phase und erlaubt es lediglich dem Kühlmittel in
Gasphase, zur Ansaugseite bzw. Einlaßseite des Verdichters 1
auszuströmen.
Der erste Drucksensor 6 ermittelt den Kühlmitteldruck auf der
Auslaßseite des Wärmetauschers 2, ein zweiter Drucksensor 7
ermittelt den Druck auf der Ansaugseite des Verdichters 1 und
ein Temperatursensor 8 ermittelt die Kühlmitteltemperatur auf
der Auslaßseite des Wärmetauschers 2.
Ausgangssignale der Sensoren 6 bis 8 werden in die vorstehend
genannte elektronische Steuereinheit (ECU) 9 eingegeben und
durch Verfolgen eines vorab gespeicherten Programms steuert
die ECU 9 die Öffnung bzw. die Öffnungsweite des
Expansionsventils 3 entsprechend den von den Sensoren 6 bis 8
eingegebenen Signalen.
In dieser bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich der
Steuerbetrieb des Expansionsventils 3 vor und nach einer
Änderung der Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1,
wie nachfolgend auf Grundlage des Steuerflußdiagramms der ECU
9 erläutert, das in Fig. 2 gezeigt ist.
Wenn ein (nicht gezeigter) Startschalter des CO2-Kreis
laufsystems eingeschaltet wird und das CO2-Kreislaufsystem
startet, liest die ECU 9 die Signale von den Sensoren 6 bis 8
ein (S100) und ermittelt, ob oder ob nicht eine
Druckhöhenänderung ΔPs (in dieser bevorzugten Ausführungsform
eine Verringerung der Druckhöhe) im Ansaugdruck Ps (denjenigen
Wert, der durch den zweiten Drucksensor 7 ermittelt wird)
geringer als der vorbestimmte Wert ΔP1 ist (S110).
Wenn die Druckhöhenänderung ΔPs geringer als der vorbestimmte
Wert ΔP1 ist, ermittelt die ECU 9, daß der Verdichter 1 mit
einer aktuell beibehaltenen Kühlmittelförderkapazität Qd (d. h.
die Kühlmittelförderkapazität Qd hat sich nicht geändert)
arbeitet und steuert die Öffnung bzw. den Öffnungsgrad des
Expansionsventils 3 entsprechend einem ersten Programm, das so
eingestellt bzw. gewählt ist, daß die Kühlmitteltemperatur und
der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2
eine Beziehung einnehmen, die durch eine optimale Steuerlinie
ηmax (siehe Fig. 3) gezeigt ist (S120), und kehrt darauf zu
S100 zurück. Im folgenden wird dieser Steuervorgang als erste
Programmsteuerung bezeichnet.
Wenn andererseits die Druckhöhenänderung ΔPs gleich oder
größer als der vorbestimmte Wert ΔP1 ist, ermittelt die ECU 9,
daß der Ansaugdruck Ps und die Kühlmittelförderkapazität Qd
des Verdichters 1 gefallen sind, und setzt die erste
Programmsteuerung aus und beginnt eine Zeitzählung bzw.
Zeitsteuerung mit einem eingebauten Zeitgeber (nicht gezeigt)
(S130, S140). Die ECU 9 fixiert die Öffnung bzw. den
Öffnungsgrad des Expansionsventils 3 in dieser Öffnung bzw.
auf diesem Öffnungsgrad, ab dem Zeitpunkt, wenn die erste
Programmsteuerung ausgesetzt wurde (S150). Wenn eine
vorbestimmte Zeit To ab dem Beginn des Zählens abgelaufen ist,
kehrt der Prozeßablauf daraufhin zu S100 zurück (S160).
Im folgenden wird die Steuerung, die ausgeführt wird, um das
Expansionsventil 3 zu steuern, während die erste Pro
grammsteuerung aufgehoben ist, als zweite Programmsteuerung
bezeichnet.
Wenn die Kühlmittelförderkapazität Qd abnimmt, fällt die
Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2,
weil der Massendurchsatz des Kühlmittels, das im CO2-Kreislauf
zirkuliert, abnimmt. Nachdem eine vorbestimmte Zeit To
abgelaufen ist, wird deshalb die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad
des Expansionsventils 3 (der Kühlmitteldruck auf der
Auslaßseite des Wärmetauschers 2) auf Grundlage einer
gefallenen Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des
Wärmetauschers 2 gesteuert (siehe strichpunktierte Linie in
Fig. 4).
Bei der optimalen Steuerlinie ηmax handelt es sich um eine
Linie, die erhalten wird, indem auf einem Molier-Diagramm die
Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2
und der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers
2 aufgetragen wird, bei welchem der Leistungskoeffizient des
CO2-Kreislaufes (superkritischer Kältekreislauf) sich auf einem
Maximum befindet.
Bei der vorbestimmten Zeit bzw. bei dem vorbestimmten
Zeitpunkt To handelt es sich um diejenige Zeit bzw. den
Zeitpunkt, der für das Verhalten des CO2-Kreislaufs erfor
derlich ist, damit dieser sich stabilisiert, nachdem die
Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 abgenommen hat.
Einige charakteristische Merkmale dieser bevorzugten Aus
führungsform werden nunmehr erläutert.
Wenn in dieser bevorzugten Ausführungsform die Kühlmit
telförderkapazität Qd des Verdichters 1 konstant ist, weil die
Kühlmitteltemperatur und der Kühlmitteldruck auf der
Auslaßseite des Wärmetauschers 2 so gesteuert werden, wie
durch die optimale Steuerlinie ηmax gezeigt (erste
Programmsteuerung) (siehe die durchgezogene Linie in Fig. 4),
kann das CO2-Kreislaufsystem betrieben werden, während sein
Leistungskoeffizient hoch bleibt.
Wenn andererseits die Motordrehzahl relativ hoch ist oder wenn
die erforderliche Kühlkapazität relativ niedrig ist und die
Kühlmittelförderkapazität Qd abgenommen hat, weil die Öffnung
bzw. der Öffnungsgrad des Expansionsventils 3 auf ihrer
Öffnung bzw. ihrem Öffnungsgrad gehalten wird, wie sie bzw. er
zu diesem Zeitpunkt vorliegt (d. h., die zweite
Programmsteuerung wird ausgeführt), kann der Druck auf Seiten
des Verdampfers 4 daran gehindert werden, durch Verringerung
des Kühlmitteldrucks über das Expansionsventil 3 stark
reduziert zu werden (siehe strichlierte Linie in Fig. 4).
Weil die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1
entsprechend dem Ansaugdruck Ps (den Druck auf Seiten des
Verdampfers 4) gesteuert wird, ohne durch die Steuerung auf
Seiten des Expansionsventils 3 beeinflußt zu werden, kann der
CO2-Kreislauf in geeigneter Weise gesteuert werden. Nunmehr
wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform erläutert.
Während in der vorstehend erläuterten bevorzugten Ausfüh
rungsform während der zweiten Programmsteuerung bzw. dem
zweiten Steuerprogramm die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad des
Expansionsventils 3 auf ihrer Öffnung bzw. ihrem Öffnungsgrad
zu dem Zeitpunkt gehalten (fixiert) wurde, zu welchem die
Steuerung zu der zweiten Programmsteuerung übergegangen ist,
wird in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform die Öffnung
bzw. der Öffnungsgrad fein derart gesteuert, daß die
Ausmaßänderung des Öffnungsgrads kleiner ist als während der
ersten Programmsteuerung. Im übrigen ist der Steuervorgang für
das Expansionsventil 3 derselben wie in der ersten bevorzugten
Ausführungsform.
Vorliegende bedeutet "die Öffnung wird fein gesteuert", daß
die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad über einen Bereich derart
gesteuert wird, daß diese Steuerung keine große Auswirkung auf
die Steuerung der Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters
1 hat.
Da die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1
entsprechend dem Ansaugdruck Ps gesteuert wird, ohne durch die
Steuerung auf Seiten des Expansionsventils 3 beeinflußt zu
werden, kann der CO2-Kreislauf in angemessener Weise gesteuert
werden.
Nachfolgend wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform
erläutert.
Während in der zweiten bevorzugten Ausführungsform während der
zweiten Programmsteuerung der Öffnung bzw. des Öffnungsgrads
des Expansionsventils 3 die Steuerung so erfolgte, daß die
Ausmaßänderung der Öffnung bzw. des Öffnungsgrads kleiner war
während der ersten Programmsteuerung, wird in der dritten
bevorzugten Ausführungsform die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad
derart gesteuert, daß der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite
des Wärmetauschers 2 sich einem zweiten Zieldruck nähert, der
niedriger ist als der vorbestimmte auf Grundlage der optimalen
Steuerlinie ηmax (nachfolgend als erster Zieldruck bezeichnet)
(siehe Fig. 5). Anderweitig ist der Steuerablauf für das
Expansionsventil 3 derselbe wie in der ersten bevorzugten
Ausführungsform.
Bei dem zweiten Zieldruck handelt es sich um einen Druck, der
so eingestellt bzw. gewählt ist, daß, wie in der zweiten
bevorzugten Ausführungsform die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad
über einen Bereich derart gesteuert wird, daß diese Steuerung
keine große Auswirkung auf die Steuerung der
Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 hat.
Nachfolgend wird eine vierte bevorzugte Ausführungsform
erläutert.
Während in den vorstehend erläuterten bevorzugten Ausfüh
rungsformen die zweite Programmsteuerung für eine vorbestimmte
Zeit To ausgeführt wurde, ausgehend von dem Zeitpunkt, zu
welchem die Kühlmittelförderkapazität Qd abgenommen hatte,
wird in dieser vierten bevorzugten Ausführungsform die zweite
Programmsteuerung ausgehend von dem Zeitpunkt ausgeführt, wenn
die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 sich
ändert, bis das Verhalten des CO2-Kreislaufs sich stabilisiert.
Nachdem das Verhalten des CO2-Kreislaufs sich stabilisiert hat,
wird die erste Programmsteuerung bzw. das erste Steuerprogramm
wieder aufgenommen.
Dieser charakteristische Betrieb der vorliegenden bevorzugten
Ausführungsform wird nunmehr auf Grundlage des
Steuerflußdiagramms der ECU 9 erläutert, das in Fig. 6 gezeigt
ist.
Wenn der Startschalter des CO2-Kreislaufsystems eingeschaltet
wird und das CO2-Kreislaufsystem startet, liest die ECU 9 die
Signale von den Sensoren 6 bis 8 ein (S400) und ermittelt, ob
oder ob nicht eine Druckhöhenänderung ΔPs in dem Ansaugdruck
Ps niedriger bzw. kleiner als ein erster vorbestimmter Wert
ΔP1 ist (S410).
Wenn die Druckhöhenänderung ΔPs niedriger ist als der erste
vorbestimmte Wert ΔP1, ermittelt die ECU 9, daß der Verdichter
1 mit bei Aufrechterhaltung der aktuellen
Kühlmittelförderkapazität Qd arbeitet (d. h., die Kühlmit
telförderkapazität Qd hat sich nicht geändert), führt eine
erste Programmsteuerung aus (S420) und kehrt darauf hin zum
S400 zurück.
Wenn andererseits die Druckhöhenänderung ΔPs gleich oder
größer als der erste vorbestimmte Wert ΔP1 ist, ermittelt die
ECU 9, daß der Ansaugdruck Ps und die Kühlmittelför
derkapazität Qd des Verdichters 1 gesunken sind bzw. gefallen
sind und hebt die erste Programmsteuerung auf (S430) und
ermittelt, solange die Druckhöhenänderung ΔPs größer als ein
zweiter vorbestimmter Wert ΔP2 ist, daß das Verhalten des
CO2-Kreislaufs sich nicht stabilisiert hat, und führt eine zweite
Programmsteuerung aus (S440, S450). Die zweite
Programmsteuerung in dieser Ausführungsform sieht wie in der
ersten bevorzugten Ausführungsform das Fixieren der Öffnung
bzw. des Öffnungsgrades des Expansionsventils 3 auf seiner
Öffnung bzw. seinem Öffnungsgrad so vor, wie dann, wenn die
erste Programmsteuerung ausgesetzt war.
Wenn die Druckhöhenänderung ΔPs unter den zweiten vorbe
stimmten Wert ΔP2 gefallen ist, wird ermittelt, daß das
Verhalten des CO2-Kreislaufs sich stabilisiert hat und der
Prozeßablauf kehrt zum S400 zurück.
Obwohl in dieser vierten bevorzugten Ausführungsform die
zweite Programmsteuerung so durchgeführt wurde wie in der
ersten bevorzugten Ausführungsform ist die vierte bevorzugte
Ausführungsform hierauf nicht beschränkt; vielmehr kann ihre
zweite Programmsteuerung in derselben Weise wie in der zweiten
oder der dritten bevorzugten Ausführungsform erfolgen.
Obwohl in den vorstehend erläuterten bevorzugten Ausfüh
rungsform die Erfindung unter Verwendung des CO2-Kreislaufs
beispielhaft erläutert wurde, ist die Erfindung nicht hierauf
beschränkt, sondern kann auf einem superkritischen
Kältekreislauf angewendet werden, der beispielsweise auf
Ethylen, Ethan oder Stickstoffoxid als Kühlmittel beruht.
Claims (18)
1. Superkritisches Kältekreislaufsystem, aufweisend:
Einen Verdichter (1) variabler Kapazität einer Kühl mittelförderkapazität (Qd) entsprechend einem Ver dichteransaugdruck (Ps),
einen Wärmetauscher (2) zum Kühlen eines Kühlmittels, das durch den Verdichter (1) variabler Kapazität gefördert wird, wobei der Wärmetauscher (2) einen Innendruck aufweist, der einen kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt,
ein Ventil (3), das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) angeordnet ist und einen steuerbaren Öffnungsgrad bzw. eine steuerbare Öffnung hat,
einen Verdampfer (4) zum Verdampfen von Kühlmittel, welches aus dem Ventil (3) austritt bzw. ausströmt,
einen Kühlmitteltemperaturdetektor (8) zum Ermitteln der Temperatur des Kühlmittels auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2),
eine Ermittlungseinrichtung (S110, S410) zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich geändert hat, und eine Steuereinrichtung (9) zum elektrischen Steuern des Öffnungsgrads des Ventils (3),
wobei dann, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S110, S410) ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat, die Steuereinrichtung (9) den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage eines vorbestimmten ersten Programms in Übereinstimmung mit der Temperatur steuert, die durch den Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelt wird, und wobei dann, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S110, S410) ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich geändert hat, die Steuereinrichtung (9) den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage eines zweiten Programms steuert, welches einen Einfluß des Ventils (3) auf den Verdichter (1) unterdrückt.
Einen Verdichter (1) variabler Kapazität einer Kühl mittelförderkapazität (Qd) entsprechend einem Ver dichteransaugdruck (Ps),
einen Wärmetauscher (2) zum Kühlen eines Kühlmittels, das durch den Verdichter (1) variabler Kapazität gefördert wird, wobei der Wärmetauscher (2) einen Innendruck aufweist, der einen kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt,
ein Ventil (3), das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) angeordnet ist und einen steuerbaren Öffnungsgrad bzw. eine steuerbare Öffnung hat,
einen Verdampfer (4) zum Verdampfen von Kühlmittel, welches aus dem Ventil (3) austritt bzw. ausströmt,
einen Kühlmitteltemperaturdetektor (8) zum Ermitteln der Temperatur des Kühlmittels auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2),
eine Ermittlungseinrichtung (S110, S410) zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich geändert hat, und eine Steuereinrichtung (9) zum elektrischen Steuern des Öffnungsgrads des Ventils (3),
wobei dann, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S110, S410) ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat, die Steuereinrichtung (9) den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage eines vorbestimmten ersten Programms in Übereinstimmung mit der Temperatur steuert, die durch den Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelt wird, und wobei dann, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S110, S410) ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich geändert hat, die Steuereinrichtung (9) den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage eines zweiten Programms steuert, welches einen Einfluß des Ventils (3) auf den Verdichter (1) unterdrückt.
2. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1,
wobei das erste Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3)
auf Grundlage einer Temperatur steuert, welche durch den
Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelt wird, und das
zweite Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3) fixiert.
3. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 2,
wobei das zweite Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3)
auf eine Öffnungsgradeinstellung entsprechend dem
Öffnungsgrad fixiert, wenn das erste Programm ausgesetzt
ist.
4. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1,
wobei das zweite Programm den Öffnungsgrad des
Expansionsventils (3) auf Grundlage einer gefallenen
Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärme
tauschers (2) steuert.
5. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1,
wobei das erste Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3)
in Übereinstimmung mit der Temperatur steuert, die durch
den Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelt wird, und
wobei das zweite Programm den Öffnungsgrad den Ventils (3)
so steuert, daß die Öffnungsgradausmaßänderung kleiner ist
als dann, wenn der Öffnungsgrad auf Grundlage des ersten
Programms gesteuert wird.
6. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1,
wobei das erste Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3)
so steuert, daß der Druck auf der Auslaßseite des
Wärmetauschers (2) sich einem ersten Zieldruck nähert, der
auf Grundlage der Temperatur ermittelt wird, welche durch
den Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelt wird, und
das zweite Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3) so
steuert, daß der Druck auf der Auslaßseite des
Wärmetauschers (2) sich einem zweiten Zieldruck nähert,
der niedriger als der erste Zieldruck ist.
7. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1,
wobei das erste Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3)
auf Grundlage eines voreingestellten Programms in
Übereinstimmung mit der Temperatur steuert, die durch den
Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelt wird, und das
zweite Programm die Steuerung des Öffnungsgrads des
Ventils (3) auf Grundlage des ersten Programms aussetzt,
während ein Druckwert, ermittelt durch den Ansaug
druck(Ps)änderungsdetektor (8) sich über einem vor
bestimmten Wert befindet.
8. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1,
wobei das erste Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3)
in Übereinstimmung mit der Temperatur steuert, die durch
den Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelt wird, und
das zweite Programm die Programmsteuerung für den
Öffnungsgrad für eine vorbestimmte Zeit aussetzt.
9. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1,
wobei das Kühlmittel aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
besteht aus CO2, Ethylen, Ethan und Stickstoffoxid.
10. Superkritisches Kältekreislaufsystem, aufweisend:
Einen Verdichter (1) variabler Kapazität mit einer Kühlmittelförderkapazität (Qd), welche einem Ver dichteransaugdruck (Ps) entspricht,
einen Wärmetauscher (2) zum Kühlen eines Kühlmittels, das durch den Verdichter (1) variabler Kapazität gefördert wird, wobei der Wärmetauscher einen Innendruck aufweist, der den kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt,
ein Ventil (3), das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) angeordnet ist und einen steuerbaren Öffnungsgrad hat, eine Steuereinrichtung zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich geändert hat, und zum Steuern des Öffnungsgrads des Ventils (3),
wobei dann, wenn die Steuereinrichtung ermittelt, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage einer ermittelten Kühlmitteltemperatur steuert, und dann, wenn die Steuereinrichtung ermittelt, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich geändert hat, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) dahingehend steuert, den Einfluß des Ventils (3) auf den Verdichter (1) zu unterdrücken.
Einen Verdichter (1) variabler Kapazität mit einer Kühlmittelförderkapazität (Qd), welche einem Ver dichteransaugdruck (Ps) entspricht,
einen Wärmetauscher (2) zum Kühlen eines Kühlmittels, das durch den Verdichter (1) variabler Kapazität gefördert wird, wobei der Wärmetauscher einen Innendruck aufweist, der den kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt,
ein Ventil (3), das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) angeordnet ist und einen steuerbaren Öffnungsgrad hat, eine Steuereinrichtung zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich geändert hat, und zum Steuern des Öffnungsgrads des Ventils (3),
wobei dann, wenn die Steuereinrichtung ermittelt, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage einer ermittelten Kühlmitteltemperatur steuert, und dann, wenn die Steuereinrichtung ermittelt, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich geändert hat, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) dahingehend steuert, den Einfluß des Ventils (3) auf den Verdichter (1) zu unterdrücken.
11. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10,
wobei die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils
(3) fixiert, wenn eine Änderung der Kühlmit
telförderkapazität (Qd) ermittelt wird.
12. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 11,
wobei dann, wenn eine Änderung der Kühlmittel
förderkapazität (Qd) ermittelt wird, die Steuereinrichtung
den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf einer
Öffnungsgradeinstellung entsprechend der Öffnungs
gradeinstellung fixiert, wenn die Steuerung auf Grundlage
keiner Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd)
ausgesetzt ist.
13. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10,
wobei dann, wenn eine Änderung der Kühlmittel
förderkapazität (Qd) ermittelt wird, die Steuereinrichtung
den Öffnungsgrad des Expansionsventils (3) auf Grundlage
einer gefallenen Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite
des Wärmetauschers (2) steuert.
14. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10,
wobei die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils
(3) steuert, wenn eine Änderung der Kühlmit
telförderkapazität (Qd) ermittelt wird, so daß eine
Ausmaßänderung des Öffnungsgrads kleiner ist als dann,
wenn die Öffnung auf Grundlage von keiner Änderung der
Kühlmittelförderkapazität (Qd) gesteuert wird.
15. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10,
wobei die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils
(3) so steuert, daß dann, wenn eine Änderung der
Kühlmittelförderkapazität (Qd) nicht ermittelt wird, der
Druck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) sich
einem ersten Zieldruck nähert, der auf Grundlage der
ermittelten Kühlmitteltemperatur ermittelt wird, und
die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3)
steuert, wenn eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität
(Qd) ermittelt wird, so daß der Druck auf der Auslaßseite
des Wärmetauschers (2) sich einem zweiten Zieldruck
nähert, der niedriger ist als der erste Zieldruck.
16. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10,
wobei die Steuereinrichtung die Steuerung des
Öffnungsgrads des Ventils (3) aussetzt, wenn die
ermittelte Ansaugdruck(Ps)änderung über einem vorbe
stimmten Wert liegt.
17. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10,
wobei die Steuereinrichtung die Steuerung des
Öffnungsgrads für eine vorbestimmte Zeit aussetzt, wenn
eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) ermittelt
wird.
18. Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10,
wobei das Kühlmittel aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
besteht aus CO2, Ethylen, Ethan und Stickstoffoxid.
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